Nhân và Màng nhân

Nhân là một khoang có màng bao bọc chứa bộ gen của tế bào và là đặc điểm xác định của tế bào nhân thực. Nó được bao bọc bởi màng nhân, một màng kép có các phức hợp lỗ nhân xuyên qua, điều chỉnh sự vận chuyển chọn lọc các phân tử giữa nhân và tế bào chất, đồng thời tổ chức không gian của chất nhiễm sắc theo những cách ảnh hưởng đến biểu hiện gen.

Definition

Nhân là bào quan nhân thực chứa DNA nhiễm sắc thể của tế bào, được bao bọc bởi màng nhân, một màng kép liên tục với lưới nội chất và có các phức hợp lỗ nhân xuyên qua, làm trung gian cho sự vận chuyển nhân-tế bào chất.

Scope

Mục này bao gồm cấu trúc của nhân và màng nhân, bao gồm màng kép, lá nhân, các phức hợp lỗ nhân, và sự tổ chức không gian của chất nhiễm sắc và hạch nhân. Nó coi nhân là một chủ đề cấu trúc và tham chiếu trong sinh học tế bào; các chi tiết phân tử về phiên mã và sao chép được đề cập trong các mục liên quan, và không có quản lý lâm sàng nào được cung cấp.

Core questions

• Màng nhân tách bộ gen khỏi tế bào chất như thế nào?
• Các phức hợp lỗ nhân chọn lọc những gì đi qua giữa nhân và tế bào chất như thế nào?
• Chất nhiễm sắc được tổ chức ba chiều trong nhân như thế nào?
• Các tín hiệu cơ học đến bộ gen thông qua màng nhân như thế nào?

Key concepts

• Màng nhân (màng kép)
• Phức hợp lỗ nhân
• Lá nhân và lamin
• Chất nhiễm sắc và các vùng nhiễm sắc thể
• Hạch nhân và sinh tổng hợp ribosome
• Vận chuyển nhân-tế bào chất
• Chất nhiễm sắc dị nhiễm và chất nhiễm sắc nguyên nhiễm

Key theories

Cơ học truyền tín hiệu nhân

Uhler và Shivashankar mô tả cách các lực cơ học truyền qua bộ xương tế bào và màng nhân (thông qua phức hợp LINC và lá nhân) làm thay đổi tổ chức chất nhiễm sắc và biểu hiện gen, liên kết hình dạng tế bào và môi trường vật lý với bộ gen.

Mechanisms

Màng nhân bao gồm một màng trong và một màng ngoài được ngăn cách bởi một không gian quanh nhân liên tục với lòng lưới nội chất; màng trong được lót bởi lá nhân, một mạng lưới các sợi trung gian lamin hỗ trợ màng và neo giữ chất nhiễm sắc. Các phức hợp lỗ nhân trải dài qua cả hai màng và hoạt động như các cổng chọn lọc, cho phép các phân tử nhỏ đi qua tự do trong khi kiểm soát sự vận chuyển của protein và RNA thông qua tương tác với các thụ thể vận chuyển. Bên trong, chất nhiễm sắc được tổ chức không ngẫu nhiên thành các vùng nhiễm sắc thể và thành các miền hoạt động và im lặng về mặt phiên mã, và sự sắp xếp không gian này, cùng với sự lắp ráp ribosome của hạch nhân, được kết nối với điều hòa gen và có thể bị ảnh hưởng bởi đầu vào cơ học truyền qua màng.

Clinical relevance

Kiến trúc nhân có liên quan đến mô bệnh học, nơi kích thước, hình dạng nhân và kiểu chất nhiễm sắc cung cấp thông tin đánh giá mô, và các bất thường của protein màng nhân có liên quan đến các rối loạn di truyền. Mục này mô tả cấu trúc nhân bình thường để tham khảo và mục đích giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

Evidence & guidelines

Tài liệu về cấu trúc và chức năng ở đây dựa trên các đánh giá về phức hợp lỗ nhân và cơ học truyền tín hiệu nhân, các nghiên cứu chính về tổ chức nhân, và các sách giáo khoa tiêu chuẩn. Đây là sinh học tế bào mô tả chứ không phải tài liệu hướng dẫn lâm sàng.

History

Nhân là một trong những bào quan đầu tiên được mô tả bởi các nhà hiển vi học thời kỳ đầu và được công nhận là vật mang tính di truyền vào cuối thế kỷ XIX. Kính hiển vi điện tử sau đó đã phân giải màng kép và các phức hợp lỗ nhân, và hóa sinh đã xác định các lamin của lá nhân. Các công trình gần đây hơn đã lập bản đồ tổ chức ba chiều của chất nhiễm sắc thành các vùng và liên kết cơ học nhân với điều hòa gen, như trong các nghiên cứu về cách nhân tế bào cảm quang hình que tổ chức lại chất nhiễm sắc và trong các đánh giá về cơ học truyền tín hiệu nhân.

Debates

Sự tổ chức không gian của bộ gen có tính quyết định đến mức nào?

Việc định vị chất nhiễm sắc chủ động thúc đẩy biểu hiện gen hay chủ yếu phản ánh nó vẫn còn đang tranh cãi; các quan sát như kiến trúc nhân đảo ngược của tế bào hình que ban đêm cho thấy sự tái tổ chức triệt để là có thể và có hậu quả chức năng, nhưng hướng nhân quả vẫn đang được nghiên cứu.

Key figures

• Michael P. Rout
• Caterina Strambio-De-Castillia
• G. V. Shivashankar
• Thomas Cremer

Seminal works

• strambio-decastillia-2010
• solovei-2009

Frequently asked questions

Màng nhân có phải là một màng đơn không?

Không. Nó là một màng kép, với một màng ngoài liên tục với lưới nội chất và một màng trong được lót bởi lá nhân; hai màng này nối với nhau tại các phức hợp lỗ nhân.

Các phân tử lớn đi vào và ra khỏi nhân như thế nào?

Thông qua các phức hợp lỗ nhân, cho phép các phân tử nhỏ khuếch tán tự do nhưng yêu cầu các thụ thể vận chuyển để mang các protein và RNA lớn hơn đi qua một cách chọn lọc, được điều hòa.